地球有生死吗？

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翟明国，前寒武纪与变质地质学家，岩石学家，中国科学院院士，第三世界科学院士。现任中国科学院地质与地球物理研究所研究员，大陆动力学国家重点实验室主任、中国科学院矿产资源重点实验室学术委员会主任。兼任内生金属矿床成矿机制国家重点实验室（南京大学）等9个国家与部门重点实验室的学术委员会主任、副主任和委员。
“

我们生活在地球上，大家形象的把我们赖以生存的地球称之为地球村（Earth village），把我们自己称为地球人。作为地球人不了解地球村是不行的。于是，了解地球是个什么样的星球，它是怎么形成的，它是否还会变化，变老？它是否也有生命的终结呢？作为地球人，我们应该为地球村做什么？这些问题非常基础，也非常有科学内涵。

地球村这个词近几年来出现的频率越来越高，第一原因就是世界变小了，因为交通发达了，科技的迅速发展，缩小了地球的时空距离，所以大家就觉得是一个村子一样。地球给人类提供了空间和条件来生存，人类也必须依靠地球来生存。 

我们也可以概括地说，地球与人类有三大依存关系。 第一是地球给人类提供了生存的空间和环境，第二它给人类提供了必须的自然资源，称为三大资源，即矿产资源，能源资源和水资源，现在很多人还提到四大资源，把空气也算成是资源。第三是地球提供人类生存条件的同时也给人类带来自然灾害。 

例如我国近年来频频出现的地震，另如暴雨、冰冻、海啸、火山喷发等都属于自然灾害。自然灾害是地球生命中的自然现象，人们不能完全避免它，但可以更好地认识它，并尽量减少损失。也有些灾害是人类生活本身引发和加剧的。例如过载地用水和能源与矿产资源，生产活动和生活消费造成雾霾、水污染等。地球对于人来讲，是它既付出又被消耗，可是人们只有一个地球村， 这就引出了“人地关系”这个极为重要的科学命题。

Q1

地球有生死吗？它的归宿是什么？

了解和认识地球是地球人应有的“学前知识”。地球有多大年纪了？它是怎样形成的？地球有哪些基本特性？地球会随时间变化吗？会老吗？会死吗？它还能活多久？

地球形成的时代非常漫长，从已有地球的记录到现在，有大约46亿年。也就是说地球现在是46亿岁。46亿岁的地球是它的壮年期。为什么这样说呢？科学家通过地球物质中放射性同位素计算得出，当放射性物质的能量耗尽，还需要大约 46 亿年，所以地球是处于生命的中期。

但是并不是地球一形成就能适合生命生存，那时还没有适合生命的条件，例如温度、空气、水等。根据古生物学家的研究，大约在5.4亿年前，地球上的生命物种都还有限，大多是一些细菌和微生物。从5.4亿年起，地球上发现的生命化石才开始丰富多彩，所以5.4亿年之后到现在，称为显生宙。之前的地质时代可以分为冥古宙（46-38亿年）、太古宙（38-25亿年）和元古宙（25-5.4亿年），统称为前寒武纪。

埃迪卡拉生物群（580-541百万年前）是“寒武纪大爆发”前夕埃迪卡拉纪最为独特的宏体化石生物群，它在早期宏体生物的演化过程中占有极为重要的位置。图为三峡地区典型的埃迪卡拉生物化石

我国云南的澄江动物群是全球寒武纪最早的特异埋藏化石群，保存大量具软躯体或弱矿化外壳的后生动物化石，展示了寒武纪大辐射时期海洋生态系统和后生动物多样性特征，是全球研究“寒武纪大爆发”演化事件最重要的化石宝库。图为澄江地区典型的生物化石

生命是在不断演化的，从初级到高级，一直到人类出现的。生命的演化告诉我们，地球的早期和现在有差别。后来的演化有了水圈和大气圈，慢慢成为不仅低级生命，而且人类也能生存的地球环境。

地质年代及生命演化示意图

‍当今的地球还会变化吗？当然。地球本身也是有生命的。地球的生命的表现就是它是运动的。一旦地球的运动停止，地球就死亡了。图1是地球的圈层结构图。我们简单地把地球结构和状态概括为“天圆地圆”。“天圆地圆”是描述地球是有圈层的。从内到外依次是地核、地幔和地壳（图1），我们可以想象成一个鸡蛋或者荔枝。地球的表面圈层还有水圈（海洋圈）、大气圈以及生物圈层。因地球自转速度变化而引发各圈层间的相互作用，更重要的是圈层间的能量与物质也同时发生交换。

地球的圈层

最普遍发生于地表的地质现象就是火山喷发。火山喷发是指在一定的地质构造环境中，地幔中由于能量的集中，炽热的岩浆沿着特定的通道（地质构造）上升到地壳，然后喷出地表，最后冷凝固结形成火山岩。“运动的地球”首先指地球内部是有能量的，岩浆作用是在地质演化过程中相当精彩的地质运动。

岩浆与火山运动示意图

此外，地壳也不是铁板一块，它们除了地理概念的大洋和大陆之外，还分成很多块，我们称为板块，这些板块之间是由达到地幔深度的断层分割，它们之间还有横向的运动，例如相互碰撞。这些运动在地表造成了地震等各种地质灾害。同时水圈和大气圈的参与，形成了包括气候灾害在内的各种自然灾害，例如滑坡、泥石流、洪水等地质灾害，构成了复合型自然灾害。

南美洲通古拉瓦火山喷发

在不同板块的边缘，地壳和地幔的相互作用使得山变成海，海变成山，即造成了沧海变桑田、桑田变沧海的巨大变迁。例如 8000米以上的珠穆朗玛峰顶，就有海相的石灰岩和水生动物化石，说明原来的海底现在抬升至山顶。 

地球的脊梁，喜马拉雅山（来源NASA空间照片）

中国人自古就认识到海陆变迁，有麻姑献寿、共工怒触不周山等神话传说。麻姑作为一个接待官，“自说云，接待以来，已见东海三为桑田”，摘自葛洪《神仙传· 麻姑》。

麻姑献寿

“天圆地圆”和运动的地球，很简单明了的表现了地球的基本结构和运动的本能。运动是地球有生命的象征，内部能量是地球运动的根源。有些人希望地球没有地震，没有地震说明地球停止了运动，停止运动说明地球没有了能量，那么，地球也就死亡了。2011年3月11日的日本地震就是太平洋板块与欧亚板块相互运动的结果。

日本地震与板块运动

运动的地球还有更深的含义，即有生到死的过程。地球是太阳系的一个星球。宇宙、太阳系是怎样形成的，人们知之甚少。地球的最初形成也有很多假说和争论。我们假设地球最初还没有大陆。最初的大陆物质组成陆核，以后陆壳慢慢增大。在25亿年前，大陆长的和现在相似的大小，而后在23-21亿年前后，大气圈高度氧化，逐渐适合生命存在。

太阳系

埃塞俄比亚的南方古猿大约年龄在300万年以上，而坦桑尼亚的能人年龄约在190万年，我国元谋的直立人约在170万年。有明确记录的人类文化不外乎8000年。因此地球演化到人类的时间在地球历史上是非常短暂的，从地球的演化看，是一个温度逐渐变低的过程，即地球本身的能量在消耗过程基本是单向的，越来越冷反映了能量的不断消耗过程。

人类祖母“露西”(Lucy)是1974年在埃塞俄比亚发现的一具南方古猿阿法种的古人类化石的代称

月球是离地球最近的星球，人们一般认为它和地球有很多成因与演化的联系。已经有资料证明月球在28-33亿年前已经死亡，即没有了能量。现在月球上是非常寒冷的，没有大气圈的保护，上面布满了陨石撞击的陨石坑。月球的归宿也将是地球的归宿。所以地球不会越来越热最后爆炸。小时曾听大人说地球将来要爆炸，非常害怕。现在明白，地球是还有40多亿年将会冷却死掉。

地月系统

但是地球未死亡的时间不代表人类适合生存的地球的时限。最近有科学家推测，地球适合人类生存的时间还可延续十几亿年，也就是水、气、温度都适合人类生存的时间。不管这些推测合理与否，地球不会因为吝惜人类就不死亡，也不因为受何人控制而延长寿命。地球终有一天会不适宜人类生存。然而，我们也大不可杞人忧天。一个杞国人，天天害怕天塌下来，终归吓死自己。人类在地球生存的历史上，按时间算仅仅是弹指一间，已经是科技高度发展，还有十几亿时间，相信人类的智慧，会在宇宙中存活下来。很多亿年以后的事，不必“现人忧地” 。

此外，地球还有一个基本属性，就是极性。地球的两极是是南极和北极。我们大家都知道，拿个磁铁放在个纸上，上边放上磁铁矿的细粉末，随着磁铁的运动，磁铁块的粉末就变成有规律的一种排列，它们的轨迹指向两极，极性是地球磁场的方向。地球磁层是一个颇为复杂的问题，其中的物理机制有待于深入研究。磁层这一概念已从地球扩展到其它行星，甚至有人认为中子星和活动星系核也具有磁层特征。磁场的产生主要是地球圈层活动的结果，同时和太阳风以及宇宙的活动有关。

地球磁场

此外，地球的南极北极，也不是一成不变的。地球的极性，一般来讲是平均周期 25 万年变化一次，南极和北极可以发生倒转。地质学家研究的结果表明，在过去的 7600 万年中，地磁至少反转过 171 次。 

计算机模拟地球磁场在一段时间的正极性之间的逆转。线条代表磁场线，蓝色表示指向中心的方向，而黄色表示远离方向。地球的旋转轴是中心的和垂直的。密集的线团在地球的核心。

如果仔细分析地磁产生的原因，人们就会明白，磁极变换和电子运动方向的改变是密不可分的两个现象，而这个过程是个耗能的过程，周期逐渐变长显然是不奇怪的，总有一天这个过程会完全终止，而使地球成为一颗没有电磁活动的死行星。 

晚新生代地磁极性

黑色区表示极性与现在极性一致时期，白色区表示极性与今相反的时期。

有人问，地球的磁极的变化会不会让地球的人发生灾难？地球磁场发生改变的时间跨度很大，在地质历史中虽然短暂，对人的寿命而言是足够的长。地球磁极平均25万年改变一次，根据纬度的不同，极性变化的持续时间是 2000 年到 11000年。人是基本上感觉不出来的。

一种由岩石圈异常引起的地球磁场短波特征的模型

本文选自2013 年翟明国为首都科学讲堂撰写的《谈谈我们生活的地球》。部分图片来自网络。

转载声明：本文转载自「中科院地质地球所」，搜索「dizhidiqiusuo」即可关注。

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